[发明专利]一种扫描薄板结构的工业CL系统的扫描装置

说明书

技术领域

本发明涉及利用X射线断层成像技术(CT)进行成像的装置，具体涉及薄板类结构的CL扫描方式(简称CL-ComputedLaminography)的X射线成像装置。

背景技术

随着微电子技术、集成工艺的迅速发展，一些高密度大规模集成电路(IC)、多层印刷电路板(PCB-PrintingCircuitBoard)、球栅阵列器件(BGA-BallGridArray)、集成芯片等被大量地用于高性能的电子产品中，在电子工业领域，对于高密度贴装PCB板、BGA、IC的内部缺陷的检测主要依靠X射线成像。X射线检测以胶片照相和射线数字成像(DR-DigitalRadiography)为主，两种方法获得的二维透视图像是器件材质射线衰减系数沿射线方向的积分，因此DR图像存在信息混叠的问题，不能对缺陷进行空间定位，特别是多层PCB板、集成芯片、BGA，仅仅通过DR图像是不易识别其内部各层的电路结构和焊接质量。目前，X射线计算机断层扫描成像(CT-ComputedTomography)技术是一种有效检测物体内部结构三维信息的无损检测方法，在工业、医学诊断等领域都有广泛的应用，其扫描对象在三维方向上尺度相近。但CT技术对于多层印刷电路板、片状化石、飞机机翼、太阳能电池板等板状构件，成像效果并不令人满意。如，在古生物学研究领域，片状化石是十分常见的。由于化石中已经石化的骨骼等古生物的组织与周边围岩的密度十分相近，要求CT扫描具有较高的对比度灵敏度才能获得其结构信息，由于长轴方向穿透厚度大，透视图像的对比度灵敏度降低，使得片状化石进行断层扫描对于常规CT扫描变得十分困难甚至因无法穿透而无法实现。而采用CL方式(CL-ComputedLaminography)扫描时，射线以与片状化石平面法线成一定角度的方向穿过，片状化石以平面法线为轴进行旋转，使X射线可从多个角度对化石进行扫描时，射线穿过样品的厚度相差不大，通过调节射线能量，可以获得较好的对比度灵敏度。同时，这种扫描方式允许样品放置在距离光源较近的地方获得较大的放大比，获得更高的空间分辨。因此，X射线CL扫描方式被认为是针对于PCB、BGA(BallGridArray)、片状化石、IC这类板状结构采用常规CT扫描所存在技术问题的有效解决手段。

X射线计算机分层扫描成像(CL-ComputedLaminography)技术的研究和发展令人瞩目，该技术扫描的对象是平板状的物体，x射线只在厚度方向穿透物体，典型的CL系统主要包括三部分：x射线源、探测器及载物台。CL技术本质上是一种非同轴扫描的有限角度投影技术。由于长轴方向穿透厚度大，透视图像的对比度灵敏度降低，使得板状构件进行常规CT扫描变得十分困难甚至因无法穿透而无法实现，而采用非同轴方式的CL技术进行扫描时，即X射线沿与板状样品平面法线成一定角度的方向穿过，以板状构件平面的法线方向为轴旋转样品，从多个角度对样品进行扫描时，X射线穿过样品的厚度相差不大，通过调节射线能量，可以获得较好的对比度灵敏度，同时这种扫描方式允许样品放置在距离光源较近的地方获得较大的放大比，从而获得更高的空间分辨。

随着数字探测器和计算机技术的发展，CL系统迅速发展取代了传统的断层扫描成像系统，但现有的CL系统扫描结构中，待检测的板状样品不方便放置，X射线与板状样品平面法线之间的角度不易调整，且扫描方式单一，系统性能有待加强。

例如，授权公告号CN201602783U的实用新型专利，其是一种具有三自由度运动控制的显微CT成像设备，包括X射线源、X射线探测器及位于二者之间的载物台，该载物台可在水平方向，竖直方向和以y轴为中心轴的旋转方向运动；该装置可通过载物台水平方向的位置控制图像的放大比，通过竖直方向的位置控制能够对长目标物体的X射线成像以及断层重建，通过旋转运动的控制可实现几十张到几百张不同角度的投影头像；但是该载物台并无法直接调整待测样品的倾斜角度，无法快速调整X射线与样品平面法线之间的角度；且该现有装置的载物台结构并不适合用于PCB、BGA、片状化石、IC这类板状结构的扫描检测。另一些现有技术，虽然可调整样品相对X射线的倾斜角度，但其结构复杂，需同时对X光机、探测器、载物台三者分别配备一套三维驱动系统，导致整套设备的结构及控制方式均显得极为复杂、维护成本高，故有待进一步简化系统的运行复杂性，提高系统性能。

发明内容

鉴于上述技术问题，本发明的主要目的是提供一种扫描薄板结构的工业CL系统的扫描装置，能够轻易调整待测样品的倾斜角度，使扫描方式多样灵活，能够在多种扫描倾斜角、360度旋转角下对板状结构样品进行断层扫描成像。